專(zhuān)利名稱(chēng)：β-環(huán)糊精超分子配合物電流變液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超分子配合物材料的電流變液及其制備技術(shù)，特別涉及β-環(huán)糊精聚合物與水楊酸衍生物構(gòu)筑的超分子配合物材料的電流變液。
背景技術(shù)：
電流變液是軟物質(zhì)科學(xué)的重要研究對(duì)象。目前，電流變液還不能達(dá)到實(shí)用化要求，其中最主要的制約因素是電場(chǎng)激勵(lì)下的力學(xué)值不高以及抗沉降性較差。無(wú)機(jī)類(lèi)材料曾是電流變液的主要研究對(duì)象，但普遍存在力學(xué)性能偏低，抗沉降穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)；后來(lái)多采用有機(jī)聚合物作為電流變液的分散相，由于有機(jī)聚合物作為電流變液具有較高的力學(xué)性能、較低的密度及易于控制等特點(diǎn)而受到人們的極大重視，但距工業(yè)化應(yīng)用仍有一定的距離。近年來(lái)，超分子化學(xué)的迅猛發(fā)展已引起了人們的極大關(guān)注，其中環(huán)糊精(CD)及其衍生物由于具有良好的疏水空腔，可作為分子受體與許多有機(jī)分子形成超分子配合物，從而成為超分子化學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。然而，將β-環(huán)糊精及其超分子配合物用于電流變液尚少見(jiàn)報(bào)道。由于環(huán)糊精的空腔可以提供與模型底物結(jié)合的空間，當(dāng)?shù)孜锱c環(huán)糊精形成超分子配合物后，其光、電、磁等物理性能在特定情況下有可能發(fā)生改變，因此，為了解決無(wú)機(jī)或有機(jī)材料存在的一些缺陷，發(fā)揮有機(jī)聚合物的一些特長(zhǎng)，以環(huán)糊精聚合物作為主體、取代水楊酸為客體構(gòu)筑的超分子配合物作為電流變材料，以獲得綜合性能優(yōu)良的電流變材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一類(lèi)由β-環(huán)糊精聚合物構(gòu)筑的新型電流變液材料，其分散相與傳統(tǒng)的核殼結(jié)構(gòu)式復(fù)合顆粒、有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化顆粒具有很大的不同，表現(xiàn)在主客體間存在超分子化學(xué)作用，結(jié)構(gòu)上有序性增強(qiáng)。選擇一些不同水楊酸衍生物客體可以從分子水平實(shí)現(xiàn)對(duì)材料宏觀(guān)性能的調(diào)控。材料設(shè)計(jì)、制作簡(jiǎn)單易行，兼有無(wú)機(jī)材料極性大、制備過(guò)程簡(jiǎn)便及有機(jī)材料比重小質(zhì)地軟、抗沉降穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。本研究表明，由β-環(huán)糊精構(gòu)筑的超分子配合物電流變液材料在電場(chǎng)作用下的流變學(xué)性能均較主體材料有顯著提高，同時(shí)介電性能、抗沉降性也比主體環(huán)糊精配制的電流變液有所改善，且制備方法十分簡(jiǎn)便，反應(yīng)過(guò)程及產(chǎn)物均易于控制。


圖1是β-CDP和β-CDP-H2Sal電流變液屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系曲線(xiàn)(20℃)
圖2是β-CDP和水楊酸衍生物超分子配合物電流變液的介電常數(shù)與頻率的關(guān)系(20℃)圖3是β-CDP和β-CDP-5-Cl電流變液屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系曲線(xiàn)(20℃)圖4是β-CDP和β-CDP-3，5-Cl2電流變液屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系曲線(xiàn)(20℃)圖5是β-CDP和β-CDP-5-NO2電流變液屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系曲線(xiàn)(20℃)圖6是β-CDP和β-CDP-3，5-NO22電流變液屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系曲線(xiàn)(20℃)圖7是β-CDP和β-CDP-NA電流變液屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系曲線(xiàn)(20℃)圖8是β-CDP和β-CDP-NA電流變液剪切應(yīng)力與剪切速率關(guān)系曲線(xiàn)(20℃)具體實(shí)施方式
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的采用固相組裝技術(shù)制備環(huán)糊精超分子配合物。用化學(xué)純以上β-環(huán)糊精作基體原料，環(huán)氧氯丙烷為交聯(lián)劑，氫氧化鈉為引發(fā)劑，在30～70℃下制得β-環(huán)糊精交聯(lián)聚合物(β-CDP)作主體原料，水楊酸衍生物作客體原料。用元素分析法計(jì)算β-CDP的交聯(lián)度，并確定出水楊酸衍生物的組裝量。按組裝量將主客體用研缽進(jìn)行混磨1～4小時(shí)，即得β-CDP與水楊酸衍生物的超分子配合物。然后將干燥過(guò)的粉末與甲基硅油按體積比為20～40％混合均勻，配成超分子配合物材料電流變液。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過(guò)程和材料性能由以下實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明實(shí)施例一(純?chǔ)?CDP電流變液)將干燥過(guò)的自制的一定交聯(lián)度的β-環(huán)糊精與甲基硅油按粉末/硅油體積比39％配制成電流變液。測(cè)量其屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系如圖1所示。
實(shí)施例二(β-CDP-H2Sal電流變液)將4克聚合物作為主體，0.0018g水楊酸為客體，研磨3.5h，進(jìn)行固相組裝，即得β-環(huán)糊精聚合物與水楊酸的超分子配合物(β-CDP-H2Sal)。把干燥過(guò)的粉末與甲基硅油按體積比為39％混合均勻，配成超分子配合物材料電流變液。測(cè)量其屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系如圖1所示，介電常數(shù)與頻率的關(guān)系如圖2所示。
實(shí)施例三(β-CDP-5-Cl電流變液)將4克聚合物作為主體，0.0022g 5-氯水楊酸為客體，研磨3.5h，進(jìn)行固相組裝，即得β-環(huán)糊精聚合物與5-氯水楊酸的超分子配合物(β-CDP-5-Cl)。把干燥過(guò)的粉末與甲基硅油按體積比為39％混合均勻，配成超分子配合物材料電流變液。測(cè)量其屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度間的關(guān)系如圖3所示，介電常數(shù)與頻率的關(guān)系如圖2所示。
實(shí)施例四(β-CDP-3，5-Cl2電流變液)將4克聚合物作為主體，0.0026g 3，5-二氯水楊酸為客體，研磨3.5h，進(jìn)行固相組裝，即得β-環(huán)糊精聚合物與3，5-二氯水楊酸的超分子配合物(β-CDP-3，5-Cl2)。把干燥過(guò)的粉末與甲基硅油按體積比為39％混合均勻，配成超分子配合物材料電流變液。測(cè)量其屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度間的關(guān)系如圖4所示，介電常數(shù)與頻率的關(guān)系如圖2所示。
實(shí)施例五(β-CDP-5-NO2電流變液)將4克聚合物作為主體，0.0024g 5-硝基水楊酸為客體，研磨3.5h，進(jìn)行固相組裝，即得β-環(huán)糊精聚合物與5-硝基水楊酸的超分子配合物(β-CDP-5-NO2)。把干燥過(guò)的粉末與甲基硅油按體積比為39％混合均勻，配成超分子配合物材料電流變液。測(cè)量其屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度間的關(guān)系如圖5所示，介電常數(shù)與頻率的關(guān)系如圖2所示。
實(shí)施例六(β-CDP-3，5-NO22電流變液)將4克聚合物作為主體，0.0030g 3，5-二硝基水楊酸為客體，研磨3.5h，進(jìn)行固相組裝，即得β-環(huán)糊精聚合物與3，5-二硝基水楊酸的超分子配合物(β-CDP-3，5-NO22)。把干燥過(guò)的粉末與甲基硅油按體積比為39％混合均勻，配成超分子配合物材料電流變液。測(cè)量其屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度間的關(guān)系如圖6所示，介電常數(shù)與頻率的關(guān)系如圖2所示。
實(shí)施例七(β-CDP-NA電流變液)將4克聚合物作為主體，0.0025g 3-羥基-2-萘甲酸為客體，研磨3.5h，進(jìn)行固相組裝，即得β-環(huán)糊精聚合物與3-羥基-2-萘甲酸的超分子配合物(β-CDP-NA)。把干燥過(guò)的粉末與甲基硅油按體積比為39％混合均勻，配成超分子配合物材料電流變液。測(cè)量其屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度間的關(guān)系如圖7所示，介電常數(shù)與頻率的關(guān)系如圖2所示，剪切強(qiáng)度與剪切速率間的關(guān)系如圖8所示。
權(quán)利要求
1.一種β-環(huán)糊精超分子配合物電流變液及其制備方法，其特征在于材料的分散相為β-環(huán)糊精與水楊酸衍生物構(gòu)筑的超分子電介質(zhì)顆粒，連續(xù)相基液為甲基硅油；制備該電流變液分散相材料的方法選用環(huán)糊精交聯(lián)聚合物為主體，水楊酸衍生物為客體，采用常溫固相組裝技術(shù)，獲得超分子配合物。
2.如權(quán)利要求1所述的β-環(huán)糊精超分子配合物電流變液及其制備方法，其特征在于分散相顆粒是由β-環(huán)糊精交聯(lián)聚合物(如以環(huán)氧氯丙烷為交聯(lián)劑所形成的β-環(huán)糊精聚合物)與水楊酸衍生物(如水楊酸、5-氯水楊酸、3，5-二氯水楊酸、5-硝基水楊酸、3，5-二硝基水楊酸及3-羥基-2-萘甲酸等)按照權(quán)利要求3所述的制備方法而構(gòu)筑形成的超分子配合物。
3.如權(quán)利要求1所述的β-環(huán)糊精超分子配合物電流變液及其制備方法，其特征在于制備工藝方法包括以下步驟(1)用化學(xué)純以上β-環(huán)糊精作基體原料，環(huán)氧氯丙烷為交聯(lián)劑，氫氧化鈉為引發(fā)劑。室溫下將氫氧化鈉固體緩慢多次加入含β-環(huán)糊精和可溶性淀粉或交聯(lián)淀粉的水溶液中，充分反應(yīng)后升溫至30～70℃，然后在攪拌下將適量的環(huán)氧氯丙烷滴加入上述反應(yīng)體系中，形成凝膠后用丙酮終止反應(yīng)，用乙醇沉析法洗滌至凝膠中無(wú)氯離子時(shí)止，干燥后即可獲得β-環(huán)糊精交聯(lián)聚合物(β-CDP)主體原料。(2)以水楊酸衍生物為客體原料，用元素分析法計(jì)算β-CDP的交聯(lián)度，并確定出水楊酸衍生物的組裝量。按組裝量將主客體用研缽進(jìn)行混磨1～4小時(shí)，即得β-CDP與水楊酸衍生物的超分子配合物。(3)干燥的超分子配合物用研缽研成一定細(xì)度后與甲基硅油按粉末/硅油體積比為20～40％混合均勻，即制得超分子包結(jié)物材料的電流變液。
全文摘要
本發(fā)明介紹了六種β－環(huán)糊精超分子配合物電流變液及其制備方法，其分散相β－環(huán)糊精超分子配合物用固相組裝技術(shù)，由β－環(huán)糊精交聯(lián)聚合物(β－CDP)與水楊酸衍生物經(jīng)常溫下固相混合研磨而得。所得超分子配合物電流變液流變性能比純?chǔ)拢瑿DP提高34～72％，其中在4kV/mm的直流電場(chǎng)作用下，β－CDP與3－羥基－2－萘甲酸形成超分子配合物電流變液的屈服強(qiáng)度可達(dá)9.8kPa，且抗沉降穩(wěn)定性也較純?chǔ)拢瑿DP獲得了改善。在所得超分子配合物電流變材料中，不同水楊酸衍生物客體分子的變更對(duì)形成超分子配合物電流變材料的流變效應(yīng)起到調(diào)節(jié)作用，并與水楊酸苯環(huán)上所含有其它取代基的位置及數(shù)量有關(guān)。分散相材料因β－CDP與水楊酸衍生物之間存在的超分子化學(xué)作用，使其結(jié)構(gòu)上有序性增強(qiáng)，具有設(shè)計(jì)、制作簡(jiǎn)單易行、成本低廉及比重小等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C10M107/36GK1502677SQ0213955
公開(kāi)日2004年6月9日 申請(qǐng)日期2002年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月27日
發(fā)明者趙曉鵬, 高子偉 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)